机械设计疲劳强度经典课件.ppt

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1、第三章机械零件的强度§3-1材料的疲劳特性§3-2零件的疲劳强度计算交变应力举例定义：随时间作周期性变化的应力,称为交变应力。APtσ实例1齿轮在啮合过程中，力F迅速由零增加至最大值，然后减小至零。试观察齿根某一点A的弯曲正应力变化情况。静平衡位置ωttstmaxmin实例2由于电动机的重力作用产生静弯曲变形,由于工作时离心惯性力的垂直分量随时间作周期性变化,梁产生交变应力.实例3火车轮轴上的力来自车箱.大小,方向基本不变.即弯矩基本不变.PP横截面上A点到中性轴的距离却是随时间t变化的.假设轴以匀角速度转动.

2、tzAA的弯曲正应力为随时间t按正弦曲线变化tO交变应力产生的原因1、变载荷，载荷做周期性变化；2、静载荷，但零件点的位置随时间做周期性的变化。sm─平均应力sa─应力幅值smax─最大应力smin─最小应力r─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。smax=？smin=？交变应力的基本参数特例1、对称循环在交变应力下若最大应力与最小应力等值而反号。Omaxmintmin=-max或min=-max三个特例若非对称循环交变应力中的最小应力等于零（min）时的交变应力

3、,称为非对称循环交变应力.Omaxmin=0t特例2、脉动循环构件在静应力下,各点处的应力保持恒定，即max=min。若将静应力视作交变应力的一种特例，则其循环特征Ot特例3、静应力r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力交变应力的三个特例疲劳破坏机理裂纹源光滑区粗糙区金属在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。晶粒滑移>>微观裂纹>>扩展>>有效面积下降>>突然断裂（1）交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作用下的强度极限值，有时甚至远低于材料的屈服极限；（2）无论是脆性还是塑性材料，交变应力作用下均表

4、现为脆性断裂，断裂前没有明显征兆，无明显塑性变形；（3）裂纹的扩展时断时续，断口表面可明显区分为光滑区与粗糙区两部分。疲劳破坏的特点因此，疲劳破坏极易造成严重事故。据统计，机械零件尤其是高速运转零部件的破坏，大部分属于疲劳破坏。材料的疲劳强度测试（r=-1）在纯弯曲变形下,测定对称循环的持久极限技术上较简单.将材料加工成最小直径为7～10mm,表面磨光的试件,每组试验包括10根左右的试件.PPPPaaPa材料疲劳曲线（图3-1）max，1-1max，2N1N212Nmax当－N曲线趋于水平时，相应的最大应力值ma

5、x称为材料的疲劳极限或持久极限，用r表示，如-1。r=-1r=0？零件在交变应力下所能承受的极限应力一般用应力最大值来表示，但有时也用应力幅值表示。材料疲劳曲线机械零件的疲劳大多发生在CD段，可用下式描述：D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区，其方程为：有限寿命疲劳极限：疲劳曲线材料的疲劳特性无限寿命疲劳极限：由于ND很大，作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用σrNo来近似代替σr∞，于是有：有限寿命区间内循环次数N时的疲劳极限srN为：式中：KN为寿命系数；m为材料常数；σr查表。疲劳曲线

6、寿命系数的物理含义：表现了应力循环次数对疲劳寿命的影响，是有限寿命疲劳强度相对于无限寿命疲劳强度的增大程度，通常大于1。由－N曲线可以看出：表示材料的疲劳强度与其静强度有所不同。表示静强度只用强度极限即可；而对材料的疲劳强度而言，需指明在指定的r值下，还要同时说明max及对应的破坏循环次数N。即，只有同时用三个物理量（r,N,max）才能描述材料的疲劳强度。例p362：45（调制）的弯曲疲劳强度-1=275MPa表示？屈服强度S=355MPa影响零件疲劳极限的因素一、零件外形的影响若构件上有螺纹,键槽,键肩等,其持

7、久极限要比同样尺寸的光滑试件有所降低。其影响程度用有效应力集中系数表示首先区分一组概念：构件，零件，试件。试件：较小且光滑（光滑小试件）试件（材料）的疲劳极限同尺寸而有应力集中的零件的疲劳极限MMrdD0.020.040.060.080.100.120.140.160.1808009007006001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.40弯曲时的有效应力集中系数0.020.040.060.080.100.120.140.160.180rdD1.201.401.601.8

8、02.002.202.401.002.602.80800900扭转时的有效应力集中系数二、零件尺寸的影响大试件的持久极限比小试件的持久极限要低尺寸对持久极限的影响程度，用尺寸系数表示大直径光滑零件的疲劳极限光滑小试件的疲劳极限右边表格给出了在弯、扭的对称应力循环时的尺寸系数.直径d(mm